改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器的制作方法

1.本技术涉及飞行器设计技术领域，且特别涉及一种改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器。


背景技术：

2.电动垂直起降飞行器(evtol：electric vertical takeoff and landing)的设计开发吸引了包括航空航天企业、汽车行业、运输行业、政府、军方以及学术界的广泛关注。电动垂直起降飞行器未来潜在的应用场景涉及城市客运、区域客运、货运、个人飞行器、紧急医疗服务等。伴随着电动垂直起降飞行器的技术发展及大功率动力电机的使用，该类飞行器动力系统内部螺旋桨和电机高速高载荷转动时的振动问题越来越突出，过度的振动会导致例如结构破坏、疲劳失效、机载设备工作异常或故障、人员的不适等问题。
3.电动垂直起降飞行器的特点之一是能够完成垂直起降，其可以使用分布式升力系统或者升力与推力共用的升力/推力系统实现。通常电动垂直起降飞行器所需的功率水平远高于同等座位数的地面车辆。不论采用何种飞行器构型，电动垂直起降飞行器的动力系统都会长时间工作在高转速高扭矩状态，动力系统对全机的振动激励较大，对飞机结构、系统设备和人员舒适性都有一定的负面影响。
4.现有技术方案主要有降低动力系统自身振动幅度和降低振动传递两种方式消减振动。飞行器的动力系统通常由动力电池、电机控制器、动力电机、螺旋桨等结构组成。其中螺旋桨的转子不平衡力、螺旋桨的气动不平衡力、电机转子不平衡力构成了动力系统振动的主要激励源。
5.降低动力系统自身振动幅度的减振方法主要以降低主要激励源的方式实现。例如：可以对螺旋桨进行精细设计制造，在使用前进行动平衡补偿，最小化螺旋桨转子不平衡量。可以提升螺旋桨外形曲面的精度，减小螺旋桨转动引起的气动不平衡力。可以精细化电机的设计、制造和装配，减小电机转子自身的不平衡。通过上述措施，可以在前端尽可能降低振源的强度。但是，这种通过高精度的设计、制造和安装的减振方式会大幅提高成本和技术难度，而且，伴随功率和转速提高，振动更为剧烈，当前的大功率电机在已经贯彻实施以上措施的情况下仍有不可接受的振动。因此，还需要采取措施降低振动传递。
6.现有的降低动力系统振动传递的措施通常采用橡胶隔振器。但是橡胶隔振器因自身材料强度低，故能够满足载荷要求的橡胶隔振器的尺寸重量较大，导致其难于安装，同时该环境适应性较差，使用范围受到了较大限制。目前大功率电机的隔振没有非常理想的解决方案。


技术实现要素：

7.鉴于上述现有技术的状态而做出本技术。本技术的目的在于提供一种改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其使用锰铜合金材质的隔振器，具有结构紧凑、重量较轻的电机隔振结构，能够有效减小电机传递到飞行器机身的振动。
8.本技术的实施方式提供了一种改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其包括多个螺旋桨结构，所述螺旋桨结构包括电机、基座、隔振器、桨叶，
9.所述电机连接到所述桨叶，
10.所述隔振器为圆环形并采用锰铜合金材质，
11.所述隔振器设置于所述电机与所述基座之间，
12.所述隔振器靠近所述基座的一面形成有多个镂空槽。
13.在至少一个可能的实施方式中，所述电动垂直起降飞行器包括多个电机臂，所述基座连接到所述电机臂。
14.在至少一个可能的实施方式中，所述电机包括与所述隔振器连接的法兰，
15.所述基座形成有与所述隔振器连接的安装面。
16.在至少一个可能的实施方式中，所述隔振器靠近所述基座的一面还形成有一个或多个穿线槽，
17.所述安装面形成有底槽，
18.所述穿线槽和所述底槽用于通过电气线路。
19.在至少一个可能的实施方式中，所述镂空槽的在所述隔振器的周向上的宽度从所述隔振器的径向内侧向径向外侧逐渐增加。
20.在至少一个可能的实施方式中，所述隔振器上还形成有多个螺栓孔，
21.每两个相邻的所述镂空槽之间形成有一个所述螺栓孔。
22.在至少一个可能的实施方式中，所述基座形成有多个安装孔，
23.所述基座还包括多个螺栓，
24.所述螺栓穿过所述安装孔和所述螺栓孔连接到所述电机。
25.在至少一个可能的实施方式中，所述镂空槽的壁面形成有内倒角，所述镂空槽的壁面边缘形成有外倒角，以减小应力集中。
26.在至少一个可能的实施方式中，所述内倒角和所述外倒角均为圆倒角。
27.在至少一个可能的实施方式中，所述隔振器的外径为130mm、内径为60mm、厚度为10mm。
附图说明
28.图1为根据本技术的一个实施方式的电动垂直起降飞行器的结构示意图。
29.图2为根据本技术的一个实施方式的螺旋桨的结构示意图。
30.图3为根据本技术的一个实施方式的螺旋桨的底部结构示意图。
31.图4为根据本技术的一个实施方式的电机隔振结构的分解结构示意图。
32.图5为根据本技术的一个实施方式的隔振器的结构示意图。
33.图6为根据本技术的一个实施方式的基座的结构示意图。
34.附图标记说明
35.101 机身螺旋桨
36.102 尾翼螺旋桨
37.200 电机臂
38.110 电机
39.111 法兰
40.120 基座
41.121 螺栓
42.122 垫片
43.123 安装面
44.1231 底槽
45.1232 安装孔
46.130 隔振器
47.131 螺栓孔
48.132 镂空槽
49.133 穿线槽
50.134 内倒角
51.135 外倒角
52.140 桨叶
具体实施方式
53.下面参照附图描述本技术的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本技术，而不用于穷举本技术的所有可行的方式，也不用于限制本技术的范围。
54.本技术的实施方式提供一种改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器(下面有时简称为飞行器)。如图1所示，该电动垂直起降飞行器可以为复合翼机型，其可以包括多个机身螺旋桨101(示例性的，图1中的飞行器共包括8个机身螺旋桨101)，机身螺旋桨101可以设置在飞行器的电机臂200处。如图2所示，机身螺旋桨101可以包括电机110、基座120、隔振器130、桨叶140。其中基座120与隔振器130可以形成电机隔振结构，减弱电机110及其连接的桨叶140向机身传递的振动。可以理解，本技术的电动垂直起降飞行器不限于复合翼机型，例如还可以为多旋翼机型。对于包括尾翼螺旋桨的机型，例如图1中的飞行器包括2个尾翼螺旋桨102，尾翼螺旋桨102处也可以设置相似的电机隔振结构。
55.具体的，如图2、图4、图6所示，电机110和基座120之间可以设置有隔振器130。电机110在其与隔振器130接触的位置设置有法兰111，可以理解，法兰111可以具有多个螺栓孔，用于结构连接。电机110可以连接到桨叶140。基座120可以连接到飞行器的电机臂200。基座120可以具有与隔振器130接触的安装面123，安装面123可以具有一个或多个底槽1231(示例性的，图中为2个)以及多个安装孔1232。底槽1231从安装面123朝向背离隔振器130的方向凹陷。
56.进一步的，如图5、图6所示，隔振器130可以为圆环形(包括近似圆环形)。隔振器130的内孔可以允许电机110的结构穿过或部分穿过。隔振器130的靠近电机110的一面可以为平面，并可以与法兰111相接触。隔振器130的靠近基座120的一面可以形成多个沿隔振器130径向延伸的镂空槽132以及一个或多个沿隔振器130径向延伸的穿线槽133。多个镂空槽132可以用于降低结构重量并增强隔振效果。一个或多个穿线槽133可以配合基座120的安装面123上的底槽1231用于通过电气线路。
57.优选的，镂空槽132以及穿线槽133的在隔振器130的周向上的宽度可以在隔振器130的径向上，由径向内侧向径向外侧逐渐增加。可以理解，穿线槽133的宽度可以小于镂空槽132的宽度。
58.可以理解，镂空槽132与穿线槽133仅作为凹槽在实际使用时是否用于穿过电气线路的区别进行区分。实际上，穿线槽133也可以具有降低结构重量，增强减振效果的作用。同时镂空槽132也可以用于穿过电气线路。并且，在实际使用时，也不必每个穿线槽133都有电气线路穿过。
59.如图5所示，在隔振器130的周向上，不设置镂空槽132与穿线槽133的位置可以设置多个轴向贯通的螺栓孔131。优选的，螺栓孔131可以与镂空槽132、穿线槽133间隔设置，即相邻的两个螺栓孔131之间设置有一个镂空槽132或者穿线槽133。换言之，相邻的两个凹槽(包括镂空槽132和穿线槽133)之间形成一个螺栓孔131。示例性的，图5中共设置有7个螺栓孔131。
60.如图3、图4所示，基座120还可以包括螺栓121，螺栓121可以穿过安装孔1232、螺栓孔131连接到法兰111，以连接电机110、隔振器130和基座120。示例性的，图中共设置7个螺栓121。优选的，如图4所示，螺栓121与安装孔1232之间可以设置有垫片122。
61.可以理解，螺栓121及垫片122的规格可以根据隔振结构的强度与刚度要求选取。基座120的安装孔1232以及法兰111具有的螺栓孔的数量可以多于隔振器130的螺栓孔131以便灵活安装。
62.优选的，隔振器130可以为金属材质，特别是隔振器130可以为锰合金材质，特别是锰铜合金。锰铜合金材料属于孪生双晶结构的高强度阻尼材料，其在周期应力的作用下，内部大量的共格孪晶界面可以发生重新排列并可以产生非弹性应变使应力松弛，从而将外界振动能耗散。阻尼合金独特的双晶活动产生的能量消耗机制，可以有效的吸收振动，起到减振降噪的效果。动力电机的转速和扭矩通常较大，其产生的轴向和径向不平衡力较大。因此，锰铜合金隔振器用于飞行器的动力电池隔振能够明显吸收各个频率下的振动。
63.优选的，隔振器130的镂空槽132与穿线槽133的壁面(凹槽的两个侧面)形成内倒角134，使镂空槽132与穿线槽133的壁面具有一定的弧度。镂空槽132的壁面边缘(隔振器130朝向基座120的面与镂空槽132和穿线槽133相交的边缘)还可以形成外倒角135。内倒角134与外倒角135的设置能够避免使用时应力集中，提高隔振器130的抗疲劳性与耐久性。
64.优选的，内倒角134与外倒角135为圆倒角。可以理解，在结构允许的条件下，内倒角134的尺寸可以尽可能大以减弱应力集中现象。
65.飞行器的螺旋桨和电机产生的振动以空间三个方向的中高频振动为主，因此隔振器130需要沿其轴向、径向均具有一定的材料厚度。优选的，隔振器130的尺寸可以为：外径130mm、内径60mm、厚度10mm。可以理解，以上是隔振器130的一个示例性的优选尺寸，不对隔振器130的具体尺寸形成限制。
66.通过相关实验验证，在飞行器处于悬停状态下，设置上述的电机隔振结构后，飞行器的振动峰值相比未设置隔振结构时削减了35％。实验表明该电机隔振结构有效削减了振动，进而有效降低了结构应变。
67.下面简单说明本技术的上述实施方式的部分有益效果。
68.(1)本技术的实施方式提供的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器的电机隔
振结构中使用的隔振器采用锰铜合金材质，该隔振器能够承受飞行器工作过程中较大的载荷和压力，同时具有出色的隔振效果。
69.(2)本技术的实施方式提供的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其隔振结构的尺寸较小、结构紧凑，能够满足飞行器使用的大功率电机较为严格的安装空间要求。
70.(3)本技术的实施方式提供的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器其隔振器采用锰铜合金材质，相比于传统的橡胶隔振器具有更优异的环境适应性和耐久性，更适用于飞行器的电机隔振。
71.可以理解，在本技术中，未特别限定部件或构件的数量时，其数量可以是一个或多个，这里的多个是指两个或更多个。对于附图中示出和/或说明书描述了部件或构件的数量为例如两个、三个、四个等的具体数量的情况，该具体数量通常是示例性的而非限制性的，可以将其理解为多个，即两个或更多个，但是，这不意味着本技术排除了一个的情况。
72.应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本技术。本领域技术人员可以在本技术的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本技术的范围。

技术特征：
1.一种改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其包括多个螺旋桨结构，其特征在于，所述螺旋桨结构包括电机(110)、基座(120)、隔振器(130)、桨叶(140)，所述电机(110)连接到所述桨叶(140)，所述隔振器(130)为圆环形并采用锰铜合金材质，所述隔振器(130)设置于所述电机(110)与所述基座(120)之间，所述隔振器(130)靠近所述基座(120)的一面形成有多个镂空槽(132)。2.根据权利要求1所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述电动垂直起降飞行器包括多个电机臂(200)，所述基座(120)连接到所述电机臂(200)。3.根据权利要求1所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述电机(110)包括与所述隔振器(130)连接的法兰(111)，所述基座(120)形成有与所述隔振器(130)连接的安装面(123)。4.根据权利要求3所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述隔振器(130)靠近所述基座(120)的一面还形成有一个或多个穿线槽(133)，所述安装面(123)形成有底槽(1231)，所述穿线槽(133)和所述底槽(1231)用于通过电气线路。5.根据权利要求1所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述镂空槽(132)的在所述隔振器(130)的周向上的宽度从所述隔振器(130)的径向内侧向径向外侧逐渐增加。6.根据权利要求1所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述隔振器(130)上还形成有多个螺栓孔(131)，每两个相邻的所述镂空槽(132)之间形成有一个所述螺栓孔(131)。7.根据权利要求6所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述基座(120)形成有多个安装孔(1232)，所述基座(120)还包括多个螺栓(121)，所述螺栓(121)穿过所述安装孔(1232)和所述螺栓孔(131)连接到所述电机(110)。8.根据权利要求1所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述镂空槽(132)的壁面形成有内倒角(134)，所述镂空槽(132)的壁面边缘形成有外倒角(135)，以减小应力集中。9.根据权利要求8所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述内倒角(134)和所述外倒角(135)均为圆倒角。10.根据权利要求1所述的改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其特征在于，所述隔振器(130)的外径为130mm、内径为60mm、厚度为10mm。

技术总结
提供了一种改进电机隔振结构的电动垂直起降飞行器，其包括多个螺旋桨结构，所述螺旋桨结构包括电机、基座、隔振器、桨叶，所述电机连接到所述桨叶，所述隔振器为圆环形并采用锰铜合金材质，所述隔振器设置于所述电机与所述基座之间，所述隔振器靠近所述基座的一面形成有多个镂空槽。有多个镂空槽。有多个镂空槽。


技术研发人员：韩琦 金君 张一丁 董明 党铁红
受保护的技术使用者：上海沃兰特航空技术有限责任公司
技术研发日：2023.01.13
技术公布日：2023/5/4